|
Почему меняется цвет звезд при мерцании?
Все дело в том, что свет звезд составной. Между тем свет разных длин волн преломляется атмосферой по-разному. В воздухе, как и в стекле, синий луч (С) испытывает более сильное преломление, чем красный (К). Поэтому белый луч света, войдя в атмосферу, разлагается, и его цветные лучи расходятся все больше и больше (см.рис.1). Разошедшиеся лучи С и К не могут вновь соединиться в глазу одного и того же наблюдателя. И если бы в атмосферу от звезды входил только один луч, как показано на рисунке 2, то наблюдатель Т увидел бы рассматриваемую звезду синей. Но от звезды идет не один, а бесчисленное множество лучей, и все они параллельны друг другу ввиду огромной удаленности источника света. Поэтому от одного из них в глаз наблюдателя Т попадет красный луч, от другого — синий. Очевидно, найдутся свои лучи (внеатмосферные) и для других цветов. Отсюда ясно, что при отсутствии мерцаний цвет звезды не зависит от положения наблюдателя. (Заметим, что для наглядности углы между синим и красным лучами на рисунках 2 и 3 сильно преувеличены.)
Рис.1 Рис. 2 Рис. 3
Выясним теперь, как влияет мерцание на цвет наблюдаемой звезды. Из рисунка 3 видно, что лучи С и К, прежде чем попасть в глаз наблюдателя Т, проходят в атмосфере разные пути. (То же справедливо и для лучей других цветов.) Поэтому при достаточно малых размерах воздушных линз мерцание синего и красного света одной и той же звезды происходит не синхронно. Значит, в суммарном свете происходит непрерывное нарушение баланса цветов то в пользу одного, например синего цвета, то в пользу другого, например красного. (Эти цвета мы выбрали для упрощения объяснения, но все сказанное относится и к любым другим цветам.)
Из предыдущего объяснения ясно, что в один и тот же момент одна и та же звезда для разных наблюдателей может иметь разный цвет. Оказывается, что «мгновенный» цвет звезды различен даже для правого и левого глаза одного и того же наблюдателя. Однако усредненный по времени цвет одинаков.
Из того, что цветовое мерцание могут вызывать только такие неоднородности воздуха, размеры которых меньше расстояния между синим и красным лучами, а это расстояние становится исчезающе малым у глаза наблюдателя (где оба луча сходятся), вытекают интересные следствия. Во-первых, обычное мерцание (т. е. колебания полной интенсивности света) и цветовое мерцание вызываются не всегда одними и теми же неоднородностями. Самые большие из них, вызывающие лишь медленные изменения интенсивности света, не влияют на баланс цветов. Во-вторых, среднее расстояние до наблюдателя неоднородностей, вызывающих мерцания, в случае колебаний цвета больше, чем в случае колебаний общей интенсивности света. Вблизи наблюдателя даже очень маленькая неоднородность покроет сразу оба луча (Си /С).
Чему же равно кратчайшее расстояние между лучами С и К на удалении, скажем, 5 км от наблюдателя? Если угол между плоскостью горизонта и направлением от наблюдателя к звезде равен 45°, то это расстояние составляет там всего 2—3 см. При угле 10° и удалении 45 км расстояние увеличится до 100—150 см.
Предлагаем выполнить собственные наблюдения за мерцанием звезд и попытаться ответить на следующие вопросы:
1. Как зависит интенсивность обычного и цветового мерцаний от высоты звезды над горизонтом и от ее цвета?
2. Как зависит мерцание от азимутального направления (одинаково ли оно в северной, западной, южной и восточной областях неба)? Играет ли здесь роль направление ветра?
3. Одинаково ли ощущение от мерцания при наблюдении его одним глазом и обоими глазами?
4. Какой размер имеют неоднородности воздуха, вызывающие цветовое мерцание звезд?
Полезно будет сравнить результаты при наблюдениях невооруженным глазом и при использовании бинокля.
Для таких наблюдений особенно подходят яркие звезды неба: Сириус, Вега, Капелла, Арктур, Спика и Процион. Капелла и Вега бывают низко над горизонтом только в северной области неба (Капелла — в июле, а Вега — в феврале, если наблюдать около 9 ч вечера).
Литература. Астрономический калейдоскоп: вопросы и ответы: - М.: Просвещение, 1992.
